Projekt 34855/01

Entwicklung von betriebs- und verfahrenstechnischen Lösungen für eine nachhaltige, stickstoffeffiziente und tierwohlgerechte Indoor-Garnelenzucht auf Basis der Biofloc-Technologie

Projektdurchführung

Polyplan-Kreikenbaum Gruppe GmbH
Überseetor 14
28217 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In diesem Vorhaben sollte in einer innovativen Indoor-Pilotanlage zur Garnelenproduktion geprüft werden, in wieweit mit dem dort umgesetzten ressourcenschonenden Ansatz der Biofloc-Technologie durch zu identifizierende Steuerungsmöglichkeiten und optimierte Betriebsführung folgende Ziele zu erreichen sind:
• die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs
• das Recycling wichtiger Nährstoffe und
• die Verbesserung des Tierwohls in der Indoor-Garnelenproduktion


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem Beobachtungszeitraum von ca. 2 ½ Jahren wurde eine umfassende Datenerhebung in der kommerziellen BFT-Anlage Damm Aquakultur in Hessen durchgeführt. Dieses Monitoring umfasste u. a. Daten zur Wasserqualität, zur Entwicklung des Mikrobioms, zootechnische Daten und Daten zum Tierwohl. Zudem wurde der Ressourcenverbrauch zur Ermittlung spezifischer Kennzahlen erfasst und die Energie- und Ressourcen-Effizienz bewertet.
Zur Analyse des Mikrobioms wurden Wasser, Garnelen und Biofilm beprobt. Nach molekularbiologischer Aufarbeitung wurde die Diversität und Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft ermittelt. Ein besonderer Fokus galt den Bioflocs, ihrem Vorkommen und ihren Eigenschaften. Quantitativ wurden Bioflocs als absetzbares Volumen bestimmt sowie mittels Laboranalyse des Gesamttrockenrückstands und abfiltrierbarer Stoffe von Wasserproben. Zur weiteren Charakterisierung dienten mikroskopische Untersuchungen, auch zur Einschätzung der Meiofauna, sowie Laboranalysen wichtiger Inhaltsstoffe.
Die Anpassung der im DBU-Vorhaben KoMARe, Phase I (Az.30575/01) entwickelte Online-Datenbank DeltA wurde als Tool zur sicheren Betriebsführung an die Erfordernisse der BFT-Anlage angepasst (Unterauftrag) und auch im Vorhaben eingesetzt, um die erhobenen Daten auszuwerten.
In zwei weiteren Schwerpunkten wurden definierte Betriebszustände und deren mögliche Einflüsse auf o. g. Parameter untersucht. Ein Schwerpunkt war das Belüftungsmanagement.
Da einige Fragestellungen aus dem Antrag aus verschiedenen Gründen umgewidmet werden mussten, konnten zusätzlich die neuen Möglichkeiten auch Besatztiere aus Europa und sogar erstmals aus Deutschland zu beziehen als Einflussgröße näher untersucht werden.
Eine Risikoeinschätzung aufgrund der in BFT-Anlagen typischerweise erhöhten organischen Fracht wurde vorgenommen, basierend auf Sauerstoff- und Strömungsverhältnissen in der Grow-Out-Phase. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen über Bioflocs und ihr Verhalten im untersuchten System wurden Steuerungsmöglichkeiten in der Betriebsführung, insbesondere mittels Anpassung von Umwälzraten, untersucht. Im Schwerpunkt ‚Tierwohl‘ wurde der Einsatz von Strukturen bzw. ‚Habitaten‘ als Rückzugsmöglichkeit für Garnelen untersucht. Zur Bewertung einer möglichen Verbesserung des Tierwohls wurden unter Berücksichtigung der Wasserqualität physiologische Stressreaktionen (Hämozytenanalyse und Expression von mit Stressreaktionen assoziierter Gene) sowie zootechnische Daten bestimmt.


Ergebnisse und Diskussion

Das Vorhaben hat uns ermöglicht, in bereits erprobter guter Zusammenarbeit mit dem Partner TiHo und in 25 Besuchen in der Anlage Damm Aquakultur, tiefere Erkenntnisse über die bisher kaum in Indoor-Anlagen realisierte Biofloc-Technologie zu gewinnen und zentrale Risiken zu minimieren, wenn auch nicht alle Ziele erreicht werden konnten. So mussten im Projektverlauf einige geplante Arbeiten umgewidmet werden.
Schwierigkeiten durch externe, nicht beeinflussbare Faktoren behinderten alle Aufgabenbereiche in der Durchführung. Nur in stabilen Systemen können Steuerungsmöglichkeiten definiert werden. Der Zusammenhang zwischen Maßnahme und Reaktion des Systems muss eindeutig sein. Dies wurde im Projektverlauf allerdings durch zu viele und sich ändernde Variablen stark erschwert. Es fehlte im gesamten Beobachtungszeitraum eine längere stabile Phase unter Voll-Besatz der Anlage, in der gezielt einzelne Steuerungsmöglichkeiten zu identifizieren gewesen wären. Dennoch konnten einige wertvolle Ergebnisse generiert werden und bestimmte Zusammenhänge ließen sich erkennen:
- Bei niedrigen Biofloc-Volumina kam es aufgrund der dadurch verminderten Kapazitäten N-Verbindungen umzusetzen zu erhöhten Nitrit-N-Konzentrationen
- Schwankende N-Einträge können diese Kapazität ebenso begrenzen, beispielsweise in und auch eine Zeitlang nach Phasen sehr schwacher Anlagenauslastung
- Es wurden Bioflocs mit unterschiedlichem Phänotyp und Absetzverhalten beobachtet, ohne dass hierfür abschließend alle Einflussgrößen identifiziert und damit Steuerungsmöglichkeiten definiert werden konnten (ein Einflussfaktor für ein schlechteres Absetzverhalten konnte mit der Injektorbelüftung identifiziert werden)
- Ein erfolgreicher Ansatz zur Steuerung der Biofloc-Volumina lag in der Anpassung der Umwälzraten bzw. Volumenströme durch die Wasseraufbereitung, allerdings begrenzt auf Bioflocs mit gutem Absetzverhalten
- Die in der BFT-Literatur beschriebene Zudosierung der Kohlenstoffquelle Zucker hat sich vor allem in der PL-Phase zur Initiierung der Biofloc-Bildung bewährt
- In den GOB erwies sich die Zuckergabe als weniger praxistauglich und zudem konnten unerwünschte Nebeneffekte (Fadenbakterien) beobachtet werden

Der Einsatz der Habitate scheint das Stressniveau der Garnelen nicht zu beeinflussen. Einen Vorteil können die Strukturen aufgrund zusätzlicher Oberfläche für die Ansiedlung von Nitrifizierern bieten. Durch den Einsatz von Habitaten kann es zu eventuell unvorteilhaften Änderungen der Strömungsverhältnisse kommen. Dies sollte bei der Implementierung berücksichtigt werden.
Für die Produktqualität sind vornehmlich Betriebsfaktoren wie hochwertige Futtermittel und die Einhaltung der möglichst optimalen Haltungsbedingungen entscheidend.
Die spezifischen Kennzahlen der im Projektzeitraum real erzielten Garnelenproduktionsmengen konnten nicht die Planziele erfüllen, bedingt durch verschiedene identifizierte Störfaktoren, die keine stabile Anlagenauslastung ermöglichten. Nach Projektabschluss seitens des Betreibers bereit gestellte Daten aus Kulturdurchgängen der inzwischen mit verbesserter Wasseraufbereitung auf Planniveau stabilisierten Produktion zeigen, dass die Garnelenproduktion unter diesen Bedingungen und wirtschaftliche Zielvorgaben und auch die angestrebten Kennzahlen für den spezifischen Ressourcenverbrauch erfüllen kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

In Folge dieses Projektes sind gemeinsame wissenschaftliche Veröffentlichungen geplant. Weiterhin wurden bereits Teilergebnisse auf wissenschaftlichen Tagungen (EAFP 2022 in Hannover) vorgestellt und es sind weitere Präsentationen auf Fachtagungen vorgesehen.


Fazit

Großes Optimierungspotenzial sehen die Projektpartner in einer Verbesserung der PL-Akklimatisierung und daraus zu erwartender erhöhter Überlebensrate. Auch die Verfügbarkeit und Qualität der Besatztiere ist hierbei wesentlich. Die Bedeutung der Bezugsquelle bzw. der jeweils eingesetzten genetischen Zuchtlinien sollte weiter untersucht werden.
Das Biofloc-Verfahren ist im Vergleich zu herkömmlicher RAS-Aquakultur komplexer und erfordert spezifisches Fachwissen des Betreuungsteams über Wechselwirkungen zwischen Biologie, Wasserchemie und Technik. Wir sind sehr zuversichtlich, dass wir mit der Zwitter-Lösung die positiven Aspekte beider Technologien vereinen. Mit der Datenbank DeltA, als Bestandteil der umfassenderen Datenbank DANA 2.0 (s. DBU Az. 34916/01), steht uns ein wichtiges Mittel zur Betreuung und Echtzeit-Kontrolle zahlreicher Prozesse in den Betrieben zur Verfügung, das die Risiken für die Anlagenbetreiber minimieren kann. Biofloc-basierte Aquakultur bietet vielfältige Vorteile, die in zahlreichen Studien belegt wurden und wird
angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und begrenzter Ressourcen sicher noch weiterentwickelt, auch für den Einsatz in Indooranlagen.